i

SKRIPSI

STUDI OPTIMASI PENGARUH PERUBAHAN

KONSENTRASI TERHADAP KECEPATAN PUTAR SPIN

COATING PADA PENUMBUHAN MEMBRAN POLYVINYL

ALCOHOL (PVA) DI ATAS ELEKTRODA PLATINUM (Pt)

Diajukan sebagai salah satu syarat guna memperoleh gelar

Sarjana Sains

Oleh :

WIDIYO IKO SURYO DEWI

M 0202051

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2006

ii

SKRIPSI

STUDI OPTIMASI PENGARUH PERUBAHAN KONSENTRASI TERHADAP KECEPATAN PUTAR SPIN

COATING PADA PENUMBUHAN MEMBRAN POLYVINYL ALCOHOL (PVA) DI ATAS ELEKTRODA PLATINUM (Pt)

Widiyo Iko Suryo Dewi

M 0202051

Dinyatakan lulus ujian oleh tim penguji Pada hari Senin, tanggal 2 April 2007.

Tim Penguji

Agus Supriyanto, S.Si,M.Si (Ketua) .............................................

Drs. Harjana M.Si,Ph.D (Sekretaris) .............................................

Nuryani S.Si,M.Si ..............................................

Khairuddin S.Si,M.Phil .............................................

Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan

memperoleh gelar sarjana sains

Dekan Ketua Jurusan Fisika Drs. H. Marsusi M.Si Drs. Harjana M.Si,Ph.D NIP. 130906776 NIP. 131570309

iii

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual skripsi ini adalah hasil

kerja saya dan sepengetahuan saya hingga saat ini isi skripsi ini tidak berisi materi

yang telah dipublikasikan atau ditulis oleh orang lain atau materi yang telah

diajukan untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di Universitas Sebelas Maret

Surakarta atau di Perguruan Tinggi lainnya, kecuali telah dituliskan di daftar

pustaka skripsi ini dan segala bentuk bantuan dari semua pihak telah ditulis di

bagian ucapan terima kasih.

iv

MOTTO

Dahulu kita tidak bisa punya,.sekarang kita bisa punya. dan selayaknya

kita harus siap kalau suatu saat nanti kita tidak punya..

Bagilah sukamu,.simpanlah dukamu,...dan selalu terimalah suka dan

duka orang lain yang ingin berbagi bersamamu..

Seburuk – buruknya sifat manusia,.pasti ada sisi baiknya,.♥

Widiyo Iko Suryo Dewi

v

PERSEMBAHAN

Ya Allah….

Sampai pada detik ini..Betapa jalan hidup yang hamba lalui terasa begitu panjang dan terjal,.Disaat hamba merasa lelah, menyerah dan merasa bodoh

Kau selalu memberi kekuatan, petunjuk pada hamba Hingga hamba bisa menyelesaikan tugas ini. Semoga apa yang hamba peroleh sampai saat ini

bisa bermanfaat dan menjadi jembatan bagi hamba dalam mencapai cita – cita.Amiiin.

Bapak dan Ibu... Insan yang sangat berharga bagiku, terima kasih atas segalanya...Dari kalian Dewi ini bisa

belajar bagaimana arti impian, bagaiamana arti memberi tanpa pengharapan....

Adik adikku: Dek Ana dan Dek Haris, serta sepupu kecilku Dek Thegar, Dek Dira, Dek Gheezag dan Dek Kiya

My Soulmate ( i-1 )..

Dukungan dan nasehat yang pernah kau beri membuatku bisa merubah keputusasaan,.terima kasih sudah selalu bersedia memaafkan segala kesalahan..aku aku pasti kelak bisa menepati janji..darimu aku bisa mengerti bahwa aku butuh karena aku cinta, bukan aku cinta karena

aku butuh..

Untuk semuanya.... Semoga karya kecil ini bisa bermanfaat bagi yang sudi mempelajarinya...

Widiyo Iko Suryo Dewi

vi

KATA PENGANTAR Alhamdulillah, terima kasih atas segala limpahan rahmat dan karuni-Nya, sehingga Laporan Penelitian sebagai salah satu syarat guna memperoleh gelar sarjana ni berhasil disusun. Pada penyusunan laporan penelitian ini, tentunya ada banyak pihak yang telah membantu dan memberi nasehat, masukan sehingga menambah kelengkapan data yang dibutuhkan, maka dari itu penulis ingin mengucapkan terima kasih khususnya kepada :

1. Bp. Drs. Marsusi, M.Si selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta.

2. Bp. Drs. Harjana, M.Si,Ph.D selaku Ketua Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta, sekaligus Pembimbing akademik, pembimbing Tugas Akhir saya. Terima kasih atas segala luangan waktu, nasehat, bimbingan. Semuanya sangat dan sangat berarti dan membantu kelancaran saya dalam proses belajar ini.

3. Bp. Agus Supriyanto, S.Si, M.Si, selaku pembimbing Tugas Akhir saya. Terima kasih atas segala kesempatan, bimbingan dan nasehatnya. Mohon maaf jika Widiyo sering merepotkan.

4. Bp. Drs. Suharyana, M.Si, Ph.D, terimakasih atas bimbingan dan nasehatnya dalam proses evaporator.

5. Bp. Nuryani,S.Si, M.Si dan Bp. Khairuddin,S.Si, M.Phil, terima kasih atas segala masukan, pelajaran.

6. Bapak dan Ibu dosen, semua staff Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta.

7. Rina Agus Willyastuti,S.Si, semoga sampai kapanpun kita bisa dekat dan tetap menjadi sahabat. Ada banyak hal lucu dan berharga yang pernah kulewati bersammu kawan, baik saat sedih maupun senang. Sampaikan selalu salam rindukuku buat ibu, bapak ya.

8. Pak Eko, mz Johan, mz Ari, mz Mul, mz Latif, mz David dan semua kru lab Fisika dan lab Biologi, terimakasih atas segala kemudahan dan bantuannya.

9. Isti, Dedi, Mb Yani, Rohmah, Eko, Wahyu(boim&dhuwur), Erti, Rufi, Nita, Retno, D’Rudi dan semuanya teman – teman mahasiswa jurusan Fisika 02 yang tidak bisa disebutkan satu persatu.

Penulis menyadari benar bahwa dalam penulisan laporan penelitian ini, baik struktur maupun isinya masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, penulis menerima saran dan kritik yang bersifat membangun demi kesempurnaananya di masa mendatang.

vii

DAFTAR ISI

Halaman Halaman Judul..................................................................................................... i Halaman Pengesahan .......................................................................................... ii Halaman Pernyataan............................................................................................ iii Halaman Motto.................................................................................................... iv Persembahan ....................................................................................................... v Kata Pengantar .................................................................................................... vi Daftar Isi.............................................................................................................. vii Daftar Tabel ........................................................................................................ ix Daftar Gambar..................................................................................................... x Daftar Lampiran .................................................................................................. xi Intisari ................................................................................................................. xii Abstract ............................................................................................................... xiii BAB I. PENDAHULUAN.................................................................................. 1

I.1 Latar Belakang Masalah ....................................................................... 1 I.2 Perumusan Masalah ............................................................................. 3 I.3 Batasan Masalah ................................................................................... 3 I.4 Tujuan Penelitian .................................................................................. 4 I.5 Manfaat Penelitian ................................................................................ 4 I.6 Sistematika Penulisan. .......................................................................... 5

BAB II. DASAR TEORI .................................................................................... 6 II.1 Polyvinyl Alcohol ( PVA ) ................................................................... 6 II.2 Platinum ( Pt )...................................................................................... 8 II.3 Resistansi Lapisan Tipis ...................................................................... 9 II.4 Absorbansi dan Transmitansi .............................................................. 13 II.5 Spectrophotometer Absorbsi UV/VIS .................................................. 15 II.6 Metode Evaporasi ................................................................................ 16

II6.1 Evaporator ................................................................................... 17 II.6.2 Sumber Evaporasi (Evaporan) ................................................... 19 II.6.3 Proses Pelapisan pada Metode Evaporasi................................... 20 II.6.4 Deposisi Lapisan Tipis ............................................................... 21

II.7 Uniformitas Lapisan Tipis Logam Hasil Metalisasi Dengan Evaporator ............................................................ 22

II.8 Spin Coating ........................................................................................ 23 II.9 Komposisi Suatu Materi ...................................................................... 26

BAB III. METODOLOGI PENELITIAN .......................................................... 27 III.1 Tempat dan Waktu Penelitian ............................................................ 27

III.1.1 Tempat Penelitian...................................................................... 27 III.1.2 Waktu Penelitian ....................................................................... 27

III.2 Alat dan Bahan Penelitian.................................................................. 27 III.2.1 Alat Penelitian........................................................................... 27 III.2.2 Bahan Penelitian........................................................................ 29

viii

III.3 Metode Penelitian............................................................................ 30 III.3.1. Pembersihan dan Penimbangan Substrat ................................. 32 III.3.2 Pembuatan Lapisan tipis Pt Dengan Proses Evaporasi ............. 32 III.3.3 Pengukuran resistansi Pt ........................................................... 38 III.3.4 Pembuatan Gel PVA ................................................................. 38 III.3.5 Pengukuran Absorbansi Dengan Menggunakan

Spektrophotometer UV Vis Shimadzu UV – 1601 PC.............. 39 III.3.6 Penumbuhan Gel PVA Di atas Pt ............................................. 40 III.3.7 Pengukuran Resistansi Lapisan tipis PVA di atas Elektroda Pt 40 III.3.8 Tehnik Analisa Data.................................................................. 41

III.3.8.1 Resistansi Lapisan Tipis Platinum. ............................ 41 III.3.8.2 Absorbansi Lapisan Membran PVA .......................... 42 III.3.8.3 Resistansi Lapisan Tipis PVA.................................... 42

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................... 43 IV.1 Resistansi Lapisan Pt ......................................................................... 43 IV.2 Analisa Lapisan Membran PVA ........................................................ 44

IV.2.1 Komposisi 33%PVA................................................................. 45 IV.2.2 Konsentrasi 20% PVA .............................................................. 46 IV.2.3 Konsentrasi 14% PVA ............................................................. 47

IV.3 Analisa Penumbuhan PVA Diatas Elektroda Platinum ..................... 48 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN............................................................. 51

V.1 Kesimpulan ......................................................................................... 51 V.2 Saran ................................................................................................ 51

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Perbandingan antara PVA (polyvinyl Alcohol), Cellulose (viscose) dan PU (Polyurethane Foam).............................. 8

Tabel 2.2 Keterangan unsur Platinum................................................................... 9

x

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Ikatan kimia pada PVA (polyvinyl alcohol).................................... 6 Gambar 2.2 Grafik Absorbansi – Panjang Gelombang PVA.............................. 7 Gambar 2.3. Permukaan mikro gel PVA ............................................................ 7 Gambar 2.4. Gambar model material konduktor .................................................10 Gambar 2.5. Skema Four Point Probe.................................................................12 Gambar 2.6. Model perumusan absorbansi..........................................................15 Gambar 2.7. Gambar Spektrum Cahaya Visible ..................................................16 Gambar 2.8. Skema vakum evaporator ................................................................18 Gambar 2.9. Diagram proses PVD (Physical Vapor Deposition)-Evaporasi ......20 Gambar 2.10.Posisi “adsorption site” pada permuklaan substrat.........................21 Gambar 2.11.Gambaran proses spin coating ........................................................23 Gambar 2.12.Gambaran tahapan proses spin coating...........................................23 Gambar 2.13.Model gerak fluida pada proses spin coating..................................24 Gambar 3.1. Gambar struktur lapisan Pt-PVA......................................................30 Gambar 3.2. Diagram alir penelitian....................................................................31 Gambar 3.3. Rangkaian two point probe ..............................................................40 Gambar 4.1. Grafik I- V Pt....................................................................................43 Gambar 4.2. Grafik panjang gelombang dari 300 nm – 330 nm dengan

absorbansi pada 33%PVA..............................................................45 Gambar 4.3. Grafik panjang geombang dari 300nm – 330nm dengan

absorbansi pada 20%PVA................................................................46 Gambar 4.3. Grafik panjang geombang dari 300nm – 330nm dengan

absorbansi pada 14%PVA................................................................47 Gambar 4.4. Grafik I – V PVA ............................................................................49 Gambar 4.5. Grafik Konsentrasi PVA dengan Resistansi PVA...........................50

xi

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 : Perhitungan nilai resistansi I-V lapisan tipis Pt. Lampiran 2 : Gambar grafik absorbansi penumbuhan membran PVA dengan

panjang gelombang 300 nm - 500nm. Lampiran 3 : Perhitungan nilai resistansi I-V lapisan tipis PVA. Lampiran 4 : Foto alat – alat yang digunakan dalam melakukan penelitian ini. Lampiran 5 : Contoh gambar foto – foto permukaan mikro gel dari sampel PVA

dari hasil penelitian

xii

INTISARI

Studi Optimasi Pengaruh Perubahan Konsentrasi Terhadap Kecepatan Putar Spin Coating Pada Penumbuhan Membran Polyvinyl Alcohol (PVA) di

atas Elektroda Platinum (Pt)

Oleh: Widiyo Iko Suryo Dewi

M0202051

Lapisan membran PVA telah ditumbuhkan diatas elektroda Pt dengan metode Spin Coating. Elektroda Pt dibuat dengan Ladd evaporator research pada jarak deposisi 1,7 cm, tekanan 5 x 10-6 torr , lebar celah wire cut filter minimum (1mm). Nilai resistansi dari ketiga Pt yang dihasilkan sebesar ( 1.620 ± 0.315 ) Ω, ( 1.640 ± 0.295 ) Ω dan ( 1.560 ± 0.254 ) Ω. Penumbuhan PVA menggunakan waktu putar 1,5 menit, pelarut air, dengan tiga variasi konsentrasi PVA, yakni 33%PVA, 20%PVA, 14%PVA. Pada konsentrasi 33%PVA diperoleh nilai absorbansi maksimum 3,3 dengan nilai resistansi ( 1.0 ± 0.1 ) x 108 Ω pada kecepatan putar 4000rpm. Pada konsentrasi 20%PVA diperoleh nilai absorbansi maksimum 2,3 dengan nilai resistansi ( 2.3 ± 0.2 ) x 108 Ω pada kecepatan putar 1500rpm. Pada konsentrasi 14%PVA diperoleh nilai absorbansi maksimum 2,1 dengan nilai resistansi ( 7.0 ± 0.2 ) x 108 Ω pada kecepatan putar 1250rpm. Semakin pekat konsentrasi dari PVA, kecepatan putar optimum yang dibutuhkan juga semakin besar, dan nilai resistansinya semakin mengecil. Kata kunci : Spin coating, Evaporator, PVA, Pt, Absorbansi, Resistansi

xiii

ABSTRACT

Optimize Study Of Concentrate Alteration Influence Toward Angular Velocity Of Spin Coating For The Act Of Growing Polyvinyl Alcohol (PVA)

on Platinum (Pt) Electrode

By: Widiyo Iko Suryo Dewi

M0202051

Membrane films PVA were grown on Pt electrodes using Spin Coating method. The electrodes were made using Ladd evaporator research with 1.7cm depocite distance, 5 x 10-6 torr pressure, minimum slith width of wire cut filter ( 1mm ). Electrodes resistance are (1.620 ± 0.315) Ω, (1.640 ± 0.295) Ω and (1.560 ± 0.254) Ω. The act of growing PVA used 1.5 minute spin time, used water as soluble with three concentrate variation of PVA, that are 33%PVA, 20%PVA, 14%PVA. At 33%PVA concentrate, the maximum absorbance is 3.3, resistance PVA is ( 1.0 ± 0.1 ) x 108 Ω and angular velocity optimize is 4000rpm. At 20%PVA concentrate, the maximum absorbance is 2.3, resistance PVA is ( 2.3 ± 0.2 ) x 108 Ω and angular velocity optimize is 1500rpm. At 14%PVA concentrate, the maximum absorbance is 2.1, resistance PVA is ( 7.0 ± 0.8 ) x 108 Ω and angular velocity optimize is 1250rpm. More concentrad of PVA concentrate, the angular velocity optimize is more faster, and the resistance became smaller. Key words : Spin coating, Evaporator, PVA, Pt, Absorbance, Resistance

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Sensor merupakan suatu transduser yang mengkonversikan energi dari satu

bentuk ke bentuk energi lain. Contoh – contoh energi tersebut adalah energi

listrik,termal. Dalam sensor, sinyal akhir adalah sinyal listrik. Pada masa sekarang

ini sensor mempunyai peranan yang sangat penting dalam berbagai aspek

kehidupan, salah satunya adalah dalam bidang kesehatan (Muhammad

Barmawi,2000). Alat pengukur atau sensor yang berbasis pada molekul biologis

dikenal dengan istilah biosensor.

Biosensor glukosa yang dikembangkan Clark adalah biosensor pertama di

dunia. Gula darah yang berbentuk glukosa pada awalnya diukur secara kimiawi

oleh para peneliti dari perusahaan Ames di Indiana, Amerika Serikat (AS). Ernie

Adams dan Anton Clemens adalah dua tokoh dalam pengembangan paper strip

(potongan kertas) yang dapat berubah warna karena reaksi kimia dengan glukosa.

Akan tetapi, produk ini kurang populer karena banyak mengandung kelemahan

seperti akurasi rendah, kecepatan pengukuran lambat, serta ukurannya relatif

besar. Oleh karena itu Leland Clark yang bekerja di RS anak Cincinati, AS,

mengembangkan alat pengukur kadar gula darah dengan metode elektrokimia.

Clark mengetahui bahwa enzim bernama Glucose oxidase (GOD) bereaksi

secara spesifik dengan glukosa serta diproduksi secara alamiah oleh jamur

Aspergillus niger. Hal ini menginspirasinya untuk membuat alat pengukur kadar

gula darah berdasar reaksi biokimia dengan enzim GOD dan kemudian

mengukurnya secara elektrokimia. Molekul glukosa yang dioksidasi oleh enzim

GOD menghasilkan elektron yang ditangkap oleh elektroda sehingga kadar

glukosa berbanding lurus dengan sinyal elektronik yang diterima (Anik

Widijanti,2003). Glukosa yang terserap ke sensor melalui suatu membran bereaksi

dengan enzim GOD, yang diimmobilisasi pada suatu elektroda Pt. Reaksi oksidasi

yang terjadi :

Glukosa + O2 Asam glukonik + H2O2

2H+ + O2 + 2e- Pada proses reaksi tersebut dihasilkan elektron, dan besarnya kadar gula darah

dapat dilihat dari perubahan arus yang terjadi. Pada proses reaksi antara GOD

dengan glukosa, dibutuhkan suatu membran yang berperan sebagai interface

untuk penumbuhan enzim, dimana membran tersebut ditumbuhkan di atas

elektroda . Bahan yang biasa dipakai sebagai membran antara lain PVA (Polyvinyl

Alcohol), Cellulose, PU (Polyuretane Foam) Sponge. Pada penelitian ini mengkaji

pada tahap penumbuhan membran di atas elektroda.

Lapisan tipis Platinum (Pt) adalah material sumber yang digunakan sebagai

elektroda yang sensitive terhadap perubahan arus karena sifat konduktifitasnyaa

yang sangat baik. Untuk pembuatan lapisan tipis logam Platinum ini

menggunakan metode evaporasi termal. Sedangkan untuk pembuatan lapisan

membran yang digunakan sebagai interface penumbuhan enzim didasarkan pada

polimer PVA yang ditumbuhkan pada lapisan tipis Platinum dengan metode spin

coating. Hal ini karena polimer ini tidak membuat kekebalan ( seperti tidak

membentuk antibody dalam tubuh ), tidak mengalami mutasi dan tidak bersifat

carcinogenic. Atas dasar inilah digunakan PVA digunakan sebagai interface

untuk penumbuhan enzim GOD. PVA mempunyai sifat mudah larut dalam air,

mudah terbakar dan tak berwarna (Pourciel dkk,2003).

Penumbuhan membran PVA diatas elektroda Pt ini dipengaruhi oleh

faktor kecepatan putar spin coating, waktu putar spin coating dan konsentrasi gel

PVA. Oleh karena itu, perlu dilakukan optimasi terhadap parameter penumbuhan

membran PVA diatas elektroda Pt dengan metode spin coating. Parameter yang

diperhatikan pada penelitian ini adalah kecepatan putar spin coating, konsentrasi

pembuatan gel PVA.

1.2. Perumusan Masalah

1. Bagaimanakah mendapatkan lapisan tipis platinum sebagai elektroda

dalam penumbuhan membran PVA.

2. Bagaimanakah pengaruh perubahan konsentrasi terhadap kecepatan putar

optimum spin coating pada penumbuhan lapisan membran PVA yang

ditumbuhkan pada elektroda Platinum.

3. Bagaimanakah resistansi dan absorbansi membran PVA yang

ditumbuhkan pada elektroda Platinum.

1.3 Batasan Masalah

Dalam penelitian ini mempunyai batasan masalah sebagai berikut :

1. Pembuatan lapisan tipis Platinum dengan metode evaporasi termal dan

celah wire cut filter 1 mm serta mengukur besarnya resistansi

menggunakan four point probe merk Jandel.

2. Pembuatan lapisan membran menggunakan polimer PVA dengan

variasi konsentrasi PVA, kecepatan putar PVA dengan metode spin

coating dan mengukur besarnya absorbansi dengan menggunakan

spektrofotometer UV Vis Shimadzu UV – 1601.

3. Penumbuhan membran PVA diatas elektroda Pt menggunakan spin

coating dan mengukur besarnya resistansi menggunakan metode Two

point probe.

1.4 Tujuan Penelitian

Dalam penelitian ini mempunyai tujuan sebagai berikut :

1. Menentukan nilai resistansi lapisan tipis Platinum sebagai elektroda.

2. Menentukan kecepatan putar spin coating pada absorbansi maksimum

dari tiap – tiap konsentrasi pada proses penumbuhan lapisan

membrane PVA diatas elektroda Pt.

3. Menentukan resistansi dan absorbansi membran PVA yang

ditumbuhkan di atas elektroda Pt.

1.5 Manfaat Penelitaian

Manfaat penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Memberikan informasi tentang resistansi lapisan tipis Pt yang

digunakan sebagai elektroda.

2. Memberikan informasi mengenai pengaruh perubahan konsentrasi

terhadap kecepatan putar optimum spin coating pada penumbuhan

membran PVAdiatas elektroda Pt.

3. Memberikan informasi tentang resistansi dan absorbansi membran

PVA yang ditumbuhkan di atas elektroda Pt.

1.6 Sistematika Penulisan.

Pada skripsi ini, sistematika penulisan disusun sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN

BAB II DASAR TEORI

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Pada bab I dijelaskan mengenai latar belakang, perumusan masalah, batasan

masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian serta sistematika penulisan. Bab II

berisi tentang tinjauan pustaka yang berkaitan dengan judul penelitian dan

memuat penjelasan tentang konsep dan prinsip dasar yang diperlukan untuk

memecahkan masalah penelitian. Materi yang dibahas yaitu PVA, Pt, resistansi

lapisan tipis, absorbansi dan transmitansi serta metode evaporasi dan spin coating.

Bab III berisi tentang metodologi penelitian yang meliputi tempat dan waktu

penelitian, bahan dan alat penelitian, metode eksperimen dan prosedur

eksperimen. Bab IV dijelaskan mengenai hasil eksperimen dan pembahasan atau

analisa eksperimen yang berisi penjelasan, uraian maupun ungkapan lebih lengkap

mengenai hasil eksperimen yang bersandar pada teori dan hasil penelitian. Bab V

berisi kesimpulan hasil penelitian dan saran-saran untuk penelitian selanjutnya.

C C

H H

H OHn

BAB II

DASAR TEORI

II.1 Polyvinyl Alcohol (PVA)

PVA pertama kali ditemukan di Jerman oleh Dr. Fritz Klatte pada tahun

1912. PVA merupakan gabungan secara berantai dari senyawa vinyl alcohol.

Berikut ini adalah ikatan kimia yang terjadi pada PVA :

Monomer vinyl alcohol

C C

H H

H OH

C C

H H

H OH

C C

H H

H OH

Diringkas menjadi :

Gambar 2.1 Ikatan kimia pada PVA (polyvinyl alcohol)

Pada senyawa polimer terdapat konstanta n yang merupakan nilai dari derajat

polimerisasi. PVA memiliki nilai rata – rata Mw (85.000 -146.000) gram/mol

dengan titik leleh PVA (210 – 230)0C untuk hidrolisa penuh dan (150-190)0C

untuk hidrolisa sebagian. Massa jenis PVA yang berkisar antara (0.4 – 0.7)

gram/cm3. Resistivitas listrik dari PVA besarnya (3.1 – 3.8) x 107 ohmmeter.

Masayuki Shimao menyatakan bahwa absorbansi maksimum dari PVA berada

pada daerah sinar UV yang ditunjukkan pada gambar berikut (J. Microbiology,

146 (2000) 649 – 657) :

Gambar 2.2 Absorbansi – Panjang gelombang (Mikrobiologi,2000)

PVA dapat digunakan sebagai material bioteknologi, yaitu material yang

dapat digunakan sebagai interface untuk penumbuhan sel, protein dan enzim. Hal

ini karena polimer ini tidak membuat kekebalan (seperti tidak membentuk

antibody dalam tubuh), tidak mengalami mutasi dan tidak bersifat carcinogenic.

Atas dasar inilah digunakan PVA digunakan sebagai interface untuk penumbuhan

enzim GOD. PVA dihasilkan dengan teknik pembuatan gel agar menjadi polimer

yang sensitive terhadap cahaya. Di samping itu PVA juga biasa digunakan dalam

berbagai industri, seperti pembuatan kertas, pakaian, pelindung keju dari

gangguan jamur. Berikut ini merupakan gambaran permukaan mikro dari gel PVA

:

Gambar 2.3. Permukaan mikro gel PVA

( http://www.stc.uniroma2.it/cfmacro/MICROSFERE1.jpg )

Absorbansi maksi mal di daerah UV

Keunggulan PVA dibandingkan dengan zat lain seperti Cellulose (viscose) dan

PU (Polyurethane Foam) Sponge yang juga biasa dipakai dalam membran

penumbuhan enzim, industri pembuatan obat – obatan dapat dilihat pada gambar

tabel dibawah ini :

Tabel 2.1 Perbandingan antara PVA (polyviny Alcohol), Cellulose (viscose) dan PU (Polyurethane Foam) (www.pgpva.com/pvaCONT.htm)

PVA CELLULOSE PU Durabilitas Baik sekali Lemah Lemah

Kemampuan menyerap air Baik sekali Baik Lemah

Chemical Resistance Baik sekali Baik Lemah

Kecepatan menyerap air Cepat Lebih lambat dari PVA

Lebih lambat dari Cellulose

Sampah Ramah lingkungan Ramah lingkungan

Tidak ramah lingkungan

Ketahanan terhadap sinar UV ± 1000jam. 100-200 jam < 100 jam

Keadaan setelah dibakar Tidak menghasilkan gas

Tidak menghasilkan

gas

Menghasilkan gas

II.2 Platinum (Pt)

Platinum adalah material sumber yang digunakan sebagai elektroda yang

sensitif terhadap perubahan arus karena sifat konduktivitasnya yang sangat baik.

Sifat sifat dari platinum dapat dilihat pada tabel berikut ini :

Tabel 2.2 Keterangan unsur Platinum (http://en.wikipedia.org/wiki/platinum)

Fase padat

Massa jenis 21.45 g/cm³

Titik lebur 2041.4 K

(1768.3 °C, 3214.9 °F)

Titik didih 4098 K

(3825 °C, 6917 °F)

Sifat magnetik paramagnetik

Resistivitas listrik (20 °C) 105 nΩ·m

Konfigurasi e’ [Xe] 4f14 5d9 6s1

Golongan,

Periode, Blok 10, 6, d

II. 3 Resistansi LapisanTipis Lapisan tipis adalah suatu lapisan yang sangat tipis dari suatu bahan

(organik, inorganik, logam maupun campuran logam-organik / organometallic)

yang memiliki sifat - sifat konduktor, semikonduktor, superkonduktor maupun

insulator dengan ketebalan dari orde Angstrom (è) hingga mikrometer

(www.elektroindonesia.com/elektro). Jika dilihat dari pita energinya, material

konduktor mempunyai pita valensi yang berimpit dengan pita konduksi. Jadi

dapat dianggap bahwa elektron valensi pada material ini sama dengan pita

konduksinya, akibatnya elektron bebas yang menempati pita valensi akan bebas

bergerak dalam kristal apabila dipengaruhi medan listrik.

Bahan konduktor yang baik akan mempunyai nilai konduktifitas tinggi,

dengan kata lain resistivitasnya sangat rendah. Sedangkan untuk bahan isolator,

konduktifitasnya rendah karena tingginya resistivitas. Besarnya reistivitas

berbanding terbalik dengan koduktivitas, dan hubungannya ditunjukkan dengan

persamaan :

σρ

1= ............................................................................... ( 2.1 )

Dimana σ merupakan konduktivitas dan ρ adalah reistivitas.

Medan listrik E dan rapat arus J akan dihasilkan pada suatu konduktor

apabila konduktor tersebut dialiri arus, dimana besarnya rapat arus sebanding

dengan kuat medan listrik dalam konduktor,dan selalu ada medan magnet B yang

dihasilkan. Persamaan tersebut dapat dituliskan :

J = σ (E + v X B) ............................................................. ( 2.2 )

Besarnya kecepatan v << E, sehingga dapat diabaikan dan diperoleh persamaan :

J = σE ............................................................................... ( 2.3 )

Sebuah material dengan luas A dan panjang L terbuat dari bahan dengan

konduktifitas σ . Jika diberi beda potensialnya V , dengan mengasumsikan medan

listriknya seragam, rapat arus J seragam, maka besarnya arus I :

LVAEAJAI σσ === ....................................................... ( 2.4 )

x

L

Gambar 2.4 Gambar model material konduktor

E A

Dari persamaan (2.1) dan (2.4) diperoleh :

L

VJ.ρ

= ........................................................................... ( 2.5 )

Besarnya tahanan R dari suatu konduktor :

I

VR = ............................................................................... ( 2.6 )

Dari persamaan (2.1), ( 2.4 ) dan ( 2.6 ) diperoleh :

A

LIV .ρ

= .......................................................................... ( 2.7 )

Sehingga resistansi dapat juga dinyatakan dalam :

A

LR .ρ= ........................................................................... ( 2.8 )

Besarnya resistansi berbanding lurus terhadap resistivitas bahan dan panjang

resistor dan berbanding terbalik dengan daerah luasan yang tegak lurus arah aliran

arus.

Besarnya resistansi dari suatu lapisan tipis tunggal dapat diukur dengan

alat ukur four point – probe (probe 4 titik disingkatFPP). Alat ukur ini didasarkan

pada 4 buah probe dengan 2 probe berfungsi untuk mengalirkan arus listrik dan 2

probe yang lain untuk mengukur tegangan listrik sewaktu probe-probe tersebut

dikenakan pada bahan (sampel). Konfigurasi utama alat ukur FPP dapat

diskemakan seperti pada gambar berikut ini :

Gambar 2.5 Skema Four Point Probe

Keempat probe yang didesain dapat digerakkan naik dan turun. Gerakan

turun dilakukan untuk meletakkan kesemua probe agar bersentuhan dengan

permukaan sampel, sedangkan gerakan naik untuk melepaskan sentuhan probe

dengan permukaan sampel. Mekanik gerakan probe (naik dan turun) tersebut

biasanya ditopang oleh pegas (spring) untuk menghindari kerusakan permukaan

sampel akibat tekanan yang terlalu kuat dari probe. Posisi ujung keempat-empat

probe harus segaris, yaitu sewaktu diturunkan semua probe harus menyentuh

permukaan sampel.

Arus akan dialirkan / didistribusikan secara laminer melalui sampel dari

probe yang satu menuju probe yang satunya. Pada daerah dimana probe 2 dan 3

bersentuhan dengan sampel tegangan 'drop' diukur dengan voltmeter. Dari variasi

perubahan arus yang diberikan, akan diperoleh perubahan tegangan yang diukur.

Sehingga besarnya resistansi berdasarkan nilai tegangan dan arusnya.

Sedangkan besarnya resistansi dari suatu multilayer lapisan tipis dapat

diukur menggunakan metode two point – probe (probe 2 titik). Pada metode ini

hanya ada dua probe, yaitu satu probe tegangan dan satu probe arus. Dari variasi

perubahan tegangan yang diberikan, akan diperoleh perubahan arus yang diukur.

Sehingga besarnya resistansi berdasarkan nilai tegangan dan arusnya.

II.4 Absorbansi dan Transmitansi

Absorbsi cahaya oleh suatu molekul merupakan suatu bentuk interaksi

antara gelombang cahaya (foton) dan atom/molekul. Energi cahaya diserap oleh

atom/molekul dan digunakan oleh elektron di dalam atom/molekul tersebut untuk

bertransisi ke tingkat energi elektronik yang lebih tinggi.. Besarnya koefisien

absorbsi berkaitan erat dengan energi foton dan energi gap. Semakin besar tingkat

absorbsi maka energi gap semakin kecil.Tingkat absorbansi yang tinggi ini

diperlukan untuk mengeksitasi elektron sehingga akan terjadi aliran arus dari tiap

–tiap lapisan tipis yang dibuat apabila lapisan tersebut diberi beda potensial.

Hubungan antara koefisien absorbansi dengan energi gap optik adalah sebagai

berikut (Takashi K. Dan Konagai M.,1986) :

)( gEhvBhv −=α ........................................................... ( 2.9 )

Dimana α merupakan koefisien absorbsi (m-1), h tetapan Planch (6.626 x 10-34 Js),

v adalah frekuensi gelombang (s-1), Eg energi gap optik (J), λ panjang gelombang

(m), dan B merupakan konstanta yang bergantung pada material (kg-1/2m-3/2s1).

Hukum Lambert menyatakan bahwa proporsi berkas cahaya datang yang

diserap oleh suatu bahan/medium tidak bergantung pada intensitas berkas cahaya

yang datang. Hukum Lambert ini tentunya hanya berlaku jika di dalam

bahan/medium tersebut tidak ada reaksi kimia ataupun proses fisis yang dapat

dipicu atau diimbas oleh berkas cahaya datang tersebut. Dalam hal demikian,

intensitas cahaya yang keluar setelah melewati bahan/medium tersebut dapat

dituliskan dalam bentuk sebagai berikut :

lceII ..0

'ε= ......................................................................... ( 2.10 )

dimana I adalah intensitas berkas cahaya keluar, I0 adalah intensitas berkas cahaya

masuk/datang, ε’ dan ε adalah molar absorbsitivitas untuk panjang gelombang

tertentu, atau disebut juga sebagai koefisien ekstinsif (dalam l mol-1 cm-1), c

adalah konsentrasi molar (mol l-1), l adalah ketebalan dari bahan/medium yang

dilintasi oleh cahaya (cm). Perbandingan intensitas cahaya yang yang diteruskan

dengan intensitas cahaya mula – mula merupakan besarnya transmitansi T yang

besarnya :

%100.0IIT = .................................................................... ( 2.11 )

Kombinasi dari ( 2.9 ) dan ( 2.10 ) diperoleh :

lceII ..

0

'ε= .......................................................................... ( 2.12 )

Pada spektrofotometri, besarnya εε 3.2'= , sehingga diperoleh besarnya

absorbansi A :

lcIIA ..log 0 ε== .............................................................. ( 2.13 )

lcA ..ε= ............................................................................ ( 2.14 )

Gambar 2.6 Model perumusan absorbansi

Koefisien absorbansi α merupaakan rasio antara absorbansi A dengan

ketebalan bahan t yang dilintasi cahaya.

tA

=α ..................................................................................... ( 2.15 )

II.5 Spectrophotometer Absorbsi UV / Vis

Spektrometer absorbsi adalah sebuah instrumen untuk mengukur

absorbsi/penyerapan cahaya dengan energi (panjang gelombang) tertentu oleh

suatu atom/molekul. Spektrofotometer dikembangkan beberapa puluh tahun lalu

untuk keperluan para fisikawan dan kimiawan dalam mempelajari struktur

molekul dan mengembangkan dengan teori molekul. Kini, spektrofotometer juga

banyak digunakan untuk berbagai seperti studi bahan, lingkungan ataupun untuk

mengontrol suatu proses kimiawi dalam industri. Amersham Biosciences adalah

perusahaan intrumentasi yang memfokuskan diri dalam pengembangan

spektrofotometer untuk keperluan penelitian Biologi molekuler. Setiap

laboratorium Biologi biasanya memiliki spektrofotometer sebagai salah satu alat

modernnya.

Cahaya ultraviolet (UV) berada pada daerah panjang gelombang dari 100

nm sampai 400 nm. Cahaya tampak (visible, Vis) berada pada daerah panjang

gelombang dari 400 nm sampai 800 nm.

Gambar 2.7. Gambar Spektrum Cahaya Visible

Kecepatan cahaya adalah tetap dan di dalam vakum adalah c = 3 x 108 m/s.

Frekuensi cahaya tampak berkisar dari 375 KHz hingga 750 KHz.

II.6 Metode Evaporasi

Metode Evaporasi merupakan salah satu metode yang bisa dipakai dalam

pendeposisian lapisan tipis khususnya untuk lapisan logam. Metode pembuatan

lapisan tipis yang dipakai untuk membuat lapisan tipis ini adalah metode

evaporasi yaitu dengan penguapan pada ruang hampa.

II.6.1 Evaporator

Evaporator adalah suatu alat yang dapat digunakan untuk

penumbuhan (pendeposisian) lapisan tipis dengan cara evaporasi. Evaporasi

adalah proses penguapan suatu bahan dengan cara pemanasan. Jadi evaporator

bekerja berdasarkan prinsip evaporasi. Metode pembuatan lapisan tipis yang akan

dipakai untuk membuat lapisan tipis ini adalah metode evaporasi yaitu dengan

penguapan pada ruang hampa.. Bahan dipanaskan hingga mencapai fase uap

(point of vaporation), kemudian berkondensasi diatas permukaan lempeng (

substrat ) membentuk lapisan tipis. Agar dapat mengontrol komposisi material

yang terevaporasi, maka evaporasi dilaksanakan pada kondisi hampa. Mesin

Evaporator tipe Ladd Research adalah salah satu alat metalisasi yang bekerja

dengan menggunakan penguapan ruang hampa. Secara skematik sistem vakum

evaporasi ditunjukkan pada gambar 2.8 berikut ini.

B e l l j a r

S a lu r a nP o m p a

L a p i s a nD a s a r

T e m p a tP e n d i n g in

N i t r o g e nc a i r

I o nG a u g e

S a l u r a n a i rp e n d i n g in

K a t u p v a k u mt i n g g i

T e r m o k o p e lg a u g e 1

K a t u pd e p a n

K a t u pR o u g h in g

L u b a n ga n g in

T e r m o k o p e lg a u g e 2

L u b a n g a n g i nc h a m b e r

P o m p a v a k u mM e k a n ikP o m p a v a k u m

D i f u s i

A C

Gambar 2.8 Skema vakum evaporator ( Stuart,1983 )

Sistem evaporasi terdiri dari ruang hampa, pompa mekanik, pompa difusi, katup-

katup dan komponen pendukung lainnya. Bila dibutuhkan kehampaan hanya orde

10-3 Torr, maka cukup menggunakan pompa mekanik. Sedangkan untuk mencapai

kehampaan orde 10-7 digunakan pompa difusi. Pengoperasian pompa difusi

dibantu dengan gas nitrogen cair, yang berfungsi untuk membantu proses

pemvakuman dan mencegah kontaminasi oli dari pompa difusi dan pompa

mekanik (Stuart, 1983).Pembuatan lapisan tipis dengan cara penguapan

sebenarnya dapat dilakukan diruang terbuka, tetapi dengan pertumbuhan lapisan

tipis yang tidak bagus karena pada saat pembuatan banyak gas-gas sisa

didalamnya. Sehingga untuk mengurangi molekul-molekul yang

mempengaruhinya maka pembuatan lapisan tipis dilakukan pada suatu ruang

vakum (Nunik Nuryati, 2004).

Keadaan vakum tidak dapat langsung dilihat oleh mata, karena pengisi

ruangan berupa gas. Dalam ruang vakum evaporator terdapat molekul – molekul

gas sisa dan gas yang berasal dari sumber evaporasi yaitu bahan yang diuapkan.

II.6.2 Sumber Evaporasi (Evaporan)

Sumber evaporasi (evaporan) merupakan salah satu hal yang perlu

diperhatikan dalam teknik evaporasi ini Pada penelitian ini digunakan evaporasi

filamen. Pada evaporasi filamen, material sumber evaporasi dekat atau pada

filamen yang telah dibentuk. Kelemahan evaporasi filamen adalah sulit

mengontrol ketebalan film. Banyak jenis dan bentuk filamen sehungga harus

disesuaikan dengan evaporan untuk menghindari terjadinya reaksi,

Dalam penelitian ini dipakai “Resistance Heater Source”, bahan-bahannya

terbuat dari bahan-bahan biasa dan kompleks. Bahan-bahan tahanan yang dipanasi

harus memiliki sifat harus menghasilkan panas pada suhu evaporasi dengan

bentuk stabilitas strukturnya tetap tidak terpengaruh, tekanan penguapan bahan

harus rendah sehingga hanya jumlah kecil saja dari bahan tersebut ikut

terevaporasi, harus bisa menampung bahan-bahan yang akan dievaporasi, dan

bahan-bahan tersebut tidak boleh alloy atau berreaksi dengan bahan-bahan yang

ingin dievaporasikan. Dalam penelitian ini menggunakan filamen jenis wire

basket karena jenis filamen ini cocok digunakan untuk bahan logam yang

berbentuk kawat, seperti : Al, Ag, Pt, dan dalam bentuk pellet seperti : Ni, Fe, dll (

Holland, 1958 ).

II.6.3 Proses Pelapisan Pada Metode Evaporasi

Sistem evaporasi menyediakan sebuah sumber pemanas untuk

mengevaporasikan material logam yang diinginkan. Proses evaporasi dapat

digambarkan dalam sebuah diagram pada gambar (2.9).

Gambar 2.9 Diagram proses PVD (Physical Vapor Deposition)-Evaporasi (Darling 2000)

Pada pemanas (heater) ini dilewatkan arus yang cukup tinngi untuk

membawa material sumber ke suhu evaporasinya, yaitu suhu yang tekanan uapnya

cukup untuk mendekat keluar uap-uap dari material sumber. Dalam proses ini

material yang digunakan padat, sedangkan untuk cair tidak bisa karena jika

menggunakan cair akan bereaksi dengan elemen pemanasnya. Material sumber

yang akan dievaporasikan ini selanjutnya bergerak meninggalkan sumber panas

dalam bentuk gas. Sifat transport zat berperan dalam peristiwa ini, sifat transport

zat didefinisikan sebagai kemampuan zat itu untuk memindahkan materi, energi

atau suatu sifat lainnya dari suatu tempat ketempat lain. Pada saat itu, atom-atom

bergerak dengan energi kinetik yang besarnya kira-kira kT23 . Arah gerakannya

SIFAT TRANSPORT EVAPORASI KONDENSASI

Fase Gas Fase Gas

Fase Terkondensasi (selalu padat)

Fase terkondensasi (PADAT atau CAIR)

kesegala arah dan bergantung pada jenis sumber yang digunakan. Akhirnya proses

pelapisan terbentuk setelah atom-atom tersebut mengalami proses kondensasi

pada setiap permukaan substrat yang ditimpa atom-atom.

II.6.4 Deposisi Lapisan Tipis

Proses awal dari evaporasi pada permukaan substrat adalah absorpsi atom

– atom atau molekul – molekul evaporasi. Atom – atom yang terdeposisi ini

dikenal dengan nama adatom. Sebagai akibat dari absorpsi atom – atom atau

molekul – molekul maka terbentuk adsorption site. Adsorption site merupakan

posisi paling penting pada permukaan substrat, dimana terdapat kira – kira 1015

adsorption site pada luas permukaan 1mm2. Posisi adsorption site yang mungkin

terjadi pada permukaan substrat ditunjukkan pada gambar ( 2.10 ).

Atom Permukaan substrat

Atom yang diadsorpsi

Adsorption site

Gambar 2.10 Posisi “adsorption site” pada permuklaan substrat (Nunik Nuryati,2004)

Daya tarik menarik antara atom yang diadsorpsi dengan substrat disebut

energi adsorpsi, yaitu energi yang diperlukan untuk memindahkan atom-atom dari

permukaan substrat yang jauh tak berhingga. “Adsorption site” dengan energi

adsorpsi yang paling besar merupakan tempat paling stabil bagi atom.

Bila gaya adhesi antar atom-atom terhadap substrat lebih besar daripada

gaya kohesi antara atom-atom atau molekul-molekul uap bahan pelapis maka akan

terbentuk lapisan yang seragam dan durabilitasnya tinggi. Sebaliknya bila kohesi

atom-atom atau molekul-molekul uap bahan pelapis lebih besar dari adhesinya

terhadap substrat, akan terjadi lapisan atom-atom yang tertimbun tidak rata dan

berdurabilitas rendah. Jadi jelas diinginkan lapisan dengan kohesi lebih kecil dari

adhesi terhadap substratnya.

Setelah terbentuk lapisan pada substrat, maka atom-atom bahan pelapis

yang datang ke substrat akan menumbuki atom-atom bahan pelapis yang

berdeposit pada permukaan substrat. Pada keadaan ini energi ikatan tinggi dan

sedikit sekali kemungkinan terjadi refleksi atau desorpsi. Kekuatan ikatan antara

atom-atom bahan pelapis yang mengenai substrat dengan lapisan bahan teratas

pada substrat sangat mempengaruhi pelengketan (adhesi) dari lapisan itu (Nunik

Nuryati, 2004).

2.7 Uniformitas Lapisan Tipis Logam Hasil Metalisasi Dengan Evaporator

Uniformitas lapisan tipis merupakan hal yang penting.Uniformitas ini

menunjukkan tingkat keseragaman dari ketebalannya,dan sangat menentukan sifat

– sifat dari lapisan yang akan dihasilkan. Uniformitas lapisan tipis brgantung pada

distribusi arah dari atom – atom yang dievaporasikan dan sumber evaporasi yang

digunakan ( Nunik Nuryati,2004).

II.8 Spin Coating

Metode spin coating pertama kali dipublikasikan oleh Emslie, Bonner,

dan Peck. Metode spin coating merupakan proses pembuatan lapisan dengan cara

memutar larutan yang diletakkan diatas substrat. Ketebalan lapisan yang

dihasilkan dari proses spin coating berada pada range 1-200 mikrometer.

Parameter – parameter yang berpengaruh pada proses spin coating adalah

viskositas atau kekentalan larutan, kandungan material, kecepatan anguler, waktu

putar . Untuk memperoleh ketebalan lapisan yang tebal dapat dilakukan dengan

tingkat kekentalan yang tinggi, kecepatan putar yang rendah, waktu putar yang

sedikit. Akan tetapi hal tersebut juga berdampak pada tingkat uniformitas lapisan.

Berikut ini merupakan gambaran dari proses spin coating :

Gambar 2.11 Gambaran proses spin coating

Proses spin coating dapat dilakukan dengan beberpa tahapan, ditunjukkkan pada

gambar dibawah ini :

Gambar 2.12 Gambaran tahapan proses spin coating

Tahap awal adalah penetesan gel pada substrat, kemudian gel tersebut akan

mengembang setelah jatuh pada substrat. Setelah itu substrat diputar dengan

kecepatan putar, sehingga ada gel akan menyebar karena percepatan tersebut.

Setelah dipercepat akan dihasilkan lapisan tipis yang sudah mengering karena ada

proses evaporasi dari gel.

Gerak pada proses spin coating dapat digambarkan sebagai berikut :

Gambar 2.13 Model gerak fluida pada proses spin coating.

A B

Percepatan sentripetal terjadi ketika partikel dipercepat memutar. Pada

situasi ini, ditinjau dari luar sistem, sehingga tidak ada suatu gaya sentrifugal

misterius yang menarik partikel agar terdorong keluar, yang ada adalah

kecenderungan untuk bergerak lurus. Arah dari percepatan sentripetal searah

dengan putaran, sehingga tegak lurus terhadap arah gaya gesekan fluida. Titik

kecil pada A menyatakan partikel atau makromolekul dari fluida yang

diendapkan. Ketika terjadi pemutaran, partikel tersebut cenderung untuk bergerak

lurus sepanjang garis terputus – putus, akan tetapi gaya gesekan antar molekul

pada fluida (viskositas) yang arahnya ke dalam menahan gerak tersebut, sehingga

lintasan partikel berupa lingkaran. Jika gaya gesekan tidak cukup besar, maka

partikel -partikel fluida tersebut akan terlempar keluar dari lintasan.

Metode spin coating ini didasarkan pada asumsi bahwa dicapai kondisi

stabil dimana gaya sentrifugal dan gaya viskositasnya berada dalam

kesetimbangan. Jika ditinjau dari dalam sistem, gaya yang bekerja adalah gaya

sentrifugal dan gaya viskositas dimana gaya sentrifugal tersebut berarah radial

terhadap gaya viskositas. Gaya sentrifugal dituliskan dengan persamaan :

rvmFs

2

= ......................................................................... ( 2.16 )

Dimana m massa, r jari – jari lintasan, v laju konstan.

Gaya viskositas dituliskan dengan persamaan :

lvAFs η= .......................................................................... ( 2.17 )

Dimana η viskositas, A luas lintasan , v laju dan l ketebalan fluida.

Ketika gaya sentrifugal dan gaya viskositas berada dalam kesetimbangan,

Meyerhofer mendiskripsikan bahwa ketebalan lapisan tipis yang dihasilkan dari

proses spin coating bergantung pada parameter kecepatan putar dan viskositas.

Ketebalan lapisan tipis dapat dihitung dengan persamaan

(www.solgel.com/articles/Nov00/coating.htm) :

31

200

)..2

..3)(1(ωρ

ηρρ

AA

A mh −= .............................................................. ( 2.18 )

Dimana ρA massa jenis zat terlarut, ρA0 massa jenis zat pelarut, h ketebalan lapisan

tipis, η viskositas, ω kecepatan putar dan m massa lapisan tipis. Dari persamaan

tersebut terlihat bahwa semakin besarnya viskositas maka kecepatan putar

optimum yang dibutuhkan juga semakin besar. Pada metode ini lapisan yang

dihasilkan tidak homogen, karena besarnya gaya dipengaruhi oleh jarak atom.

semakin jauh jarak atom dari pusat, gaya sentrifugal yang bekerja semakin kecil.

II.9 Komposisi Suatu Materi

Dua bentuk komposisi yang biasa digunakan campuran suatu materi adalah

dalam persen berat dan persen atom. Dasar dari persen berat adalah berat dari

salah satu penyusun campuran materi terhadap berat total dari campuran materi

tersebut. Untuk materi yang hanya terdiri dari dua bahan zat yang tercampur X

dan Y, maka besarnya konsentrasi X dalam wt% adalah :

100xmm

mCYX

XX +

= .......................................................... ( 2.19 )

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

III.1 Tempat dan Waktu Penelitian

III.1.1 Tempat penelitian

Dalam penelitian ini penumbuhan lapisan tipis, pengukuran resistansi

dilaksanakan di Sub. Lab Fisika Laboratorium Pusat MIPA Universitas Sebelas

Maret Surakarta, dan untuk uji absorbansinya dilaksanakan di Sub. Lab Biologi

Laboratorium Pusat MIPA Universitas Sebelas Maret.

Sedangkan untuk pembuatan membran PVA dan penumbuhan membran

PVA diatas Pt dilaksanakan di Lab. Material Jurusan Fisika F MIPA Universitas

Sebelas Maret.

III.1.2 Waktu Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan dari bulan Maret 2006 sampai bulan Oktober

2006.

III.2 Alat dan Bahan Penelitian

III.2.1Alat Penelitian

Bahan-bahan yang digunaklan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Evaporator Termal tipe Ladd Research

Alat ini digunakan untuk membuat lapisan tipis Platinum

2. UV Visible Spectrophotometer 1601 PC

Alat ini digunakan untuk mengkarakterisasi sifat optik dari lapisan tipis

yang sudah dihasilkan, yakni absorbansi.

3. Two point probe dengan V Source Keithley Type 6517A

Alat ini digunakan ntuk mengkarakterisasi I – V pada lapisan tipis PVA

yang sudah ditumbuhkan diatas Pt.

4. Four Point Probe

Alat ini digunakan ntuk mengkarakterisasi I – V pada lapisan tipis Pt.

5. Ultrasonic cleaner

Alat ini digunakan untuk membersihkan substrat

6. Neraca Ohauss

Alat ini digunakan untuk melakukan penimbangan material.

7. Spin Coater

Alat ini digunakan pada saat pembutan membrane PVA dan penumbuhan

membrane PVA diatas elektroda Pt

8. Dirigen

Dirigen digunakan sebagai wadah aquades.

9. Pipet tetes

Pipet tetes digunakan sebagai alat untuk meneteskan gel PVA diatas Pt.

10. Pinset

Pinset digunakan untuk mengambil substrat.

11. Bronsen

Bronsen digunakan sebagai pemanas saat pembuatan gel PVA.

12. Tabung reaksi

Tabung reaksi digunakan sebagai wadah pembuatan gel PVA.

13. Pengaduk

Pengaduk digunakan untuk mengaduk saat pembuatan gel PVA.

14. Jangka sorong

Jangka sorong digunakan untuk mengukur jarak deposit pada saat proses

evaporasi.

15. Kompresor

Kompresor digunakan untuk mengeringkan substrat setelah dicuci dengan

Ultrasonic cleaner

16. Wire cut filter

Wire cut filter digunakan sebagai pembentuk pola Pt saat proses avaporasi.

17. Multimeter

Multimeter digunakan untuk mengukur keluaran tegangan, dan mengecek

antar sambungan elektroda pada saat proses evaporasi.

18. Patridisk

Patridisk digunakan sebagai wadah sampel yang sudah dihasilkan.

III.2.2 Bahan Penelitian

1. Polyvinyl Alcohol (PVA) , 98 – 99 % hydrolyzed [ 9002 – 89 – 5 ]n [ -

CH2CH(OH)-]n average Mw 85,000 – 146,000

2. Platinum Murni 99,99 %

3. Kaca Preparat

4. Nitrogen Cair

5. Kertas puyer

6. Hidrofluorida ( HF )

7. Aceton

8. Aquades

9. Methanol

10. Lens Tissue

III.3 Metode Penelitian

Metode penelitian yang dilakukan adalah metode eksperimen. Pengukuran

resistansi lapisan tipis Pt berdasarkan metode 4 titik menggunakan Jendel

resistivity test unit yang dilengkapi dengan hand applied probe. Pengukuran

absorbansi PVA menggunakan Spektrophotometer UV vis Shimadzu UV-

1601PC. Pengukuran resistansi multilayer Pt – PVA dilakukan dengan

menggunakan two point probe. Struktur devais dari penelitian ini digambarkan

sebagai berikut :

PVA

Pt

Gambar 3.1 Gambar struktur lapisan Pt - PVA

Gambaran umum mengenai langkah – langkah penelitian dapat dilihat pada

digram alir berikut ini :

Substrat

Pembuatan gel PVA dengan 33 wt% PVA,20% wt PVA,14% PVA dengan

kecepatan putar 1000-5150rpm

Menetukan kecepatan putar optimum pada absorbansi maksimum dari tiap – tiap

konsentrasi

Gambar 3.2 Skema Penelitian

Preparasi Pt,Kaca

Deposisi Pt

Hasil

Pengukuran Resistansi

Preparasi PVA,Kaca

Hasil

Penumbuhan PVA diatas Pt

Hasil

Penentuan resistansi PVA

Pembahasan

Kesimpulan

Menentukan kecepatan putar optimum pada absorbansi maksimum dari tiap – tiap

konsentrasi

Pembuatan gel PVA dengan 33%PVA,20%PVA,14%PVA menggunakan pelarut air.

III.3.1. Pembersihan Dan Penimbangan Substrat

Langkah awal merupakan persiapan yang sangat menentukan langkah –

langkah dalam mendapatkan hasil evaporasi yang baik. Langkah awal yang

dilakukan adalah pembersihan substrat. Substrat yang digunakan adalah kaca

preparat dengan ketebalan 1mm -1.2mm dengan ukuran 25,4mm x 76,2mm yang

dipotong – potong menjadi lima bagian yang kurang lebih berukuran 15,0mm x

25,4mm. Sebelum digunakan untuk deposisi lapisan tipis, substrat kaca yang telah

disiapkan terlebih dahulu dibersihkan dengan ultrasonic cleaner selama 25 menit

dengan media perendam alkohol. Pembersihan ini bertujuan untuk menghilangkan

atau membersihkan kotoran atau lemak yang menempel pada substrat kaca

tersebut. Selain itu juga, untuk menghindari kontaminasi dengan bahan lain, serta

untuk memperoleh daya rekat yang bagus pada waktu deposisi.

Untuk menghindari adanya alcohol atau kotoran yang masih menempel

pada substrat kaca setelah pembersihan dengan ultrasonic cleaner, maka substrat

kaca tersebut dipegang ujungnya dengan menggunakan pinset kemudian

dikeringkan dengan kompresor. Setelah itu substrat dibungkus dengan

menggunakan kertas puyer agar tidak terkena kotoran dari luar.

Setelah substrat kaca siap selanjutnya dilakukan penimbangan dengan

menggunakan neraca ohauss kemudian mencatat hasilnya.

III.3.2. Pembuatan Lapisan Tipis Pt Dengan Proses Evaporasi.

Proses evaporasi menggunakan alat mesin evaporator Ladd research.

Langgkah langkah dalam proses evaporasi adalah :

A. CHECK LIST :

1. Buka kran air, bila air mengalir tutup lagi.

2. Periksa hubungan kabel heater dengan ohmmeter. Pastikan kabel tidak

menyentuh bodi. Atur posisi kabel elektroda sesuai dengan elektroda

selector.

3. Letakkan filament wire basket yang sudah terisi evaporan (Pt).

4. Pasangkan wire cut filter yang sudah tertempeli substrat dengan arah tegak

lurus terhadap evaporan.

5. Posisi air inlet harus tertutup, tuas mengarah ke atas.

6. Posisi tuas Manifold Valve ( terletak di sebelah kanan evaporator ) pada

posisi Close.

7. Atur agar jarum merah pada panel Belljar TC berada diangka 40.

8. Pastikan permukaan oli pompa rotari harus berada antara batas maksimum

dan minimum.

9. Buka tutup Belljar, pastikan tidak ada “benda asing” didalam system.

10. Pastikan karet seal dan sample sudah terpasang benar dan tepat pada

tempatnya.

11. Tutup kembali Belljar dan pastikan bahwa posisinya sudah benar dan tepat

pada karet sealnya.

B. PROSEDUR PENGOPERASIAN :

1. Hubungkan kabel main socker di dinding. Geser saklar On - Off AVR pada

posisi On. Tunggu sampai lampu indikator transformator step down

berwarna hijau.

2. Tekan saklar On - Off Main Switch evaporator pada posisi On, ditandai

dengan lampu indikator akan menyala merah. Begitu juga lampu indikator

main valve juga menyala merah.

3. Tekan saklar On - Off Mech Pump pada posisi On, ditandai lampu

indikator akan menyala merah.

4. Ubah posisi Manifold Valve pada posisi Roughing.

5. Amati panel Belljar TC. Catat waktu yang diperlukan pompa vacuum

untuk mencapai tekanan 0.04T.Cocokkan dengan data waktu yang

tertempel di evaporator. Jika tidak sesuai dan simpangannya cukup besar,

hentikan pemompaan dan laporkan kepada petugas lab.

6. Setelah kira-kira 25 menit, lampu indicator merah pada tuas Main Valve

akan padam.

7. Pindahkan posisi tuas Manifold Valve dari posisi Roughing ke Backing.

Amati panel Belljar TC. Jika jarum penunjuk tekanan bergerak kekiri

berarti terdapat out gassing, maka pindah posisi Manifold Valve ke

Roughing. Pompa lagi sekitar 10 menit.

8. Buka kran air dan pastikan bahwa air sudah mengalir.

9. HIdupkan pompa difusi dengan menekan saklar Diffusion Pump ke posisi

On. Lampu indikator pada saklar tersebut menyala merah. Tunggu kira-

kira 15 menit agar oli pompa difusi cukup panas. Periksa tempat oli

dengan memercikkan sedikit air. Jika air percikan menguap dengan cepat

berarti pompa difusi siap dioperasikan.

10. Tunggu sampai lampu indicator pada tuas Main Valve padam dan lampu

indicator pada Pressure Gauge menyala.

11. Tuangkan nitrogen cair dari tempat penyimpanan ke termos kercil.

PASTIKAN BAHWA ANDA MEMAKAI PAKAIAN TERTUTUP

SEPATU,KAOS TANGAN DAN KACA MATA.

12. Masukkan nitrogen cair dari cair termos ke system evaporator sampai

penuh. Tunggulah sebentar, sekitar 2-3 menit.

13. Ubah posisi tuas tuas Manifold Valve dari posisi Roughing ke Posisi

Backing.

14. Tekan tombol dibelakang tuas Main Valve dengan kuat kemudian putar

tuas tersebut ke Open.

15. Perhatikan panel Discharge Gauge bagian bawah. Jarum penunjuk akan

bergerak kea rah kiri.Tunggu sampai jarum menunjukkan angka 10-6 atau

lebih kecil.

16. Tambahkan nitrogen cair jika jarum Discharge Gauge sulit bergerak ke

kiri.

17. Hidupkan saklar Electrode Switch, ditandai dengan menyalanya lampu

indicator merah pada saklar tersebut.

18. Naikkan arus listrik dengan memutar Electrode Control sesuai dengan

keperluan. Sampel akan membara,meleleh kemudian menguap.

19. Putar Electrode Controlsampai arus pada posisi minimum, kemudian

matikan Electrode switch yang ditandai matinya lampu pada saklar

tersebut.

20. Evaporasi telah selesai dilakukan.

21. Ubah tuas Main Valve pada posisiClose.

22. JIKA MASIH INGIN MENGGUNAKAN EVAPORATOR LAGI : ikuti

langkah C.

23. Tekan saklar On – Off Diffusion Pump pada posisi Off. Lampu indikator

berwarna merah pada saklar tersebut akan padam.

24. Ubah tuas Manifold Valve pada posisi Backing.

25. Tunggu kira-kira 25 menit sampai oli pompa difusi dingin. Tutup kembali

kran air.

26. Ubah tuas pada Manifold Valve pada posisi Close.

27. Mematikan Mech Pump yang ditandai dengan matinya lampu pada saklar

tersebut.

28. Mamatikan sistem dengan mematikan Main Switch yang ditandai dengan

matinya lampu pada saklar tersebut.

29. Matikan saklar AVR.

30. Cabut kabel main socker dari dinding.

31. Buka tuas Air Inlet.Biarkan udara masuk kedalam Belljar.

32. Buka Belljar dengan hati-hati,letakkan pada tempat yang aman.

33. Ambil sampel dengan hati – hati.

34. Bersihkan Belljar dan bagian lain yang dianggap perlu.Gunakan alcohol

secukupnya.

35. Kembalikan Belljar pada tempatnya

C. JIKA INGIN MENGGUNAKAN EVAPORATOR LAGI KETIKA

POMPA DIFUSI MASIH DALAMKEADAAN ON.

1. Putar tuas Manifold valve pada posisi mengarah ke bawah Backing.

2. Geser tuas Air inlet. Tunggu sampai Belljar penuh dengan udara. Hal

ini ditandai dengan hilangnya bunyi mendesis. Angkat tutup Belljar

dan letakkan ditempat yang aman.

3. Ambil sample dengan hati-hati.

4. Pasang substrat baru pada tempatnya. Letakkan material yang akan

diuapkan pada tungsten boat.

5. Tutup Belljar. Pastikan posisinya tepat pada posisinya.

6. Tutup tuas Air inlet. Pastikan tangkai tuas mengarah ke atas.

7. Putar tuas Manifold valve pada posisi Roughing.

8. Tunggu sekitar 25 menit sampai lampu indicator Main valve padam.

9. Tuang nitrogen cair ke system evaporator sampai penuh. Tunggu 2-3

menit.

10. Putar tuas Manifold valve pada posisi Backing.

11. Tunggu sampai panel pada Discharge gauge menunjuk pada orde 10-6

atau lebih kecil..

12. Evaporator siap digunakan.

III.3.3 Pengukuran Resistansi Pt

Pengukuran resistansi lapisan tipis Pt menggunakan four point probe

jandel. Berikut langkah – langkah untuk mengukur resistansi dengan four point

probe :

a. Meletakkan sampel pada hand applied probe dan menurunkan probe 4

titik hingga mengenai sampel. Dalam meletakkan probe di atas sampel

harus sangat hati – hati agar sampel tidak tergores. Selain itu kedudukan

sampel selama pengukuran harus tidak berubah. Keempat ujung probe

harus mengenai sampel.

b. Menekan tombol dibelakang hand apllied probe kea rah R ( Read ) dan

menekan tombol forward untuk memulai pengukuran. Apabila lampu

merah indikator menyala berarti probe belum kontak dengan lapisan tipis.

Oleh karena itu atur kembali posisi probe hingga lampu indikatornya tidak

menyala merah baru dilakukan pengukuran.

c. Memberi arus pada setiap tahap.

d. Mencatat tegangan yang dihasilkan pada setiap tahap.

e. Dari data I – V yang diperoleh kemudian melakukan perhitungan resistansi

platinum dengan persamaan ( 2.6 )

III.3.4 Pembuatan Gel PVA

Pada penelitian ini, sebelum ke tahap penumbuhan PVA diatas Pt terlebih

dahulu adalah pembuatan gel PVA. Pada pembuatan gel PVA variasi kecepatan

putar yang digunakan mulai dari 1000 rpm – 5150 rpm dengan perbandingan

konsentrasi 33%PVA; 20%PVA; 14%PVA menggunakan pelarut air. PVA

tersebut dilarutkan dalam air yang telah dipanaskan hingga terbentuk gel PVA.

Dari ketiga konsentrasi tersebut, kecepatan putar terbaik yang dihasilkan berbeda

– beda.

Pada penelitian ini, PVA dibuat dalam bentuk gel karena nantinya

ditumbuhkan di atas Pt, sehingga PVA bisa menempel. Pembuatan PVA ini

dengan cara melarutkan PVA dalam air mendidih dengan konsentrasi yang

digunakan 33%PVA; 20%PVA; 14%PVA menggunakan metode spin coating.

Waktu putar yang dipakai konstant, yakni 1,5 menit.

Lapisan PVA ini diuji absorbansinya dengan menggunakan UV-Vis

Spectrophotometer 1601 PC. Pengambilan data dilakukan dengan range panjang

gelombang sinar UV dan sinar tampak yaitu 200nm – 500nm.

III.3.5 Pengukuran Absorbansi dengan Menggunakan Spektrophotometer UV

Vis Shimadzu UV – 1601 PC.

Pengukuran absorbansi dilakukan dari panjang gelombang 300-500 nm.

Secara umum langkah – langkah yang dilakukan dalam mengukur absorbansi

lapisan tipis PVA adalah sebgai berikut:

a. Sampel diletakkan pada holder dan dimasukkan kedalam alat

spektrphotometer UV Vis Shimadzu – 1601 PC.

b. Sumber cahaya dinyalakan.

c. Fokus cahaya diatur agar tepat mengenai sampel.

d. Panjang gelombang cahaya diatur melalui computer untuk memperoleh

nilai absorbansi yang diinginkan.

e. Hasil absorbansi secara otomatis akan diperlihatkan dalam layar yang

menyatakan hubungan absorbansi dengan panjang gelombang (nm).

III.3.6 Penumbuhan Gel PVA Di atas Pt

Gel PVA ditumbuhkan di atas Pt dengan metode spin coating dilakukan

dengan tahapan sebagai berikut :

a. gel PVA diteteskan pada celah dari lapisan tipis Platinum sebanyak dua

tetes .

b. Memutar Spinner dengan kecepatan terbaik dari tiap – tiap konsentrasi

dengan waktu putar 1,5 menit, sehingga terbentuk lapisan tipis.

Gel yang diteteskan sebanyak 2 tetes, hal ini mengingat keterbatasan

ukuran dari lapisan Ptnya. Jarak celah yang dipakai adalah 1mm. Setelah itu

dilakukan pengukuran I – V dari PVA menggunakan metode two point probe

dengan rangkaian yang terhubung dengan Keithley 6517 A.

III.3.7 Pengukuran Resistansi Lapisan Tipis PVA Di atas Elektroda Pt

Pengukuran resistansi lapisan tipis PVA diatas elektroda Pt menggunakan

two point probe. Berikut langkah – langkah untuk mengukur resistansi Keithley

seri 6517 A :

Gambar 3.3. Rangkaian two point probe

sampel A

V

a. Menyalakan Keithley seri 6517 A kemudian mengatur tegangan) dalam

Volt.

b. Menekan tombol operate pada Keithley seri 6517 A.

c. Menaikkan tegangan sumber dari 0 sampai 70 Volt sekaligus mencatat

arus yang terukur dan tegangan yang terukur pada digital multimeter.

d. Membuat grafik I – V

e. Dari data I – V yang diperoleh kemudian melakukan perhitungan resistansi

lapisan PVA dengan persamaan ( 26 ).

III.3.8 Tehnik Analisa Data

III.3.8.1Resistiansi Lapisan Tipis Platinum.

Resistansi lapisan tipis Platinum diukur dengan satuan ohm. Dari hasil

pengukuran menggunakan Four Point Probe Jandel diperoleh data I-V. Dari

pengukuran tersebut akan didapatkan data tegangan V dan arus I. Besarnya

resistansi R merupakan V/I. Pengukuran resistansi dan ketidakpastiannya dihitung

menggunakan metode penarikan kurva (curve fitting). Dari data I – V dibuat

grafik, dengan V pada sumbu y dan I pada sumbu x. Dari grafik akan diperoleh

persaman grafik y=mx + c ,dimana m merupakan nilai resistansi rata – ratanya.

Ketidakpastian dapat dihitung dengan metode residual, yakni :

2

)2()).((

−+−∑

=∆n

ImcVR ii ..................................................................... (3.1)

III.3.8.2 Absorbansi Lapisan Membran PVA

Absorbansi diukur dengan menggunakan spektrophotometer UV-Vis 1601

PC. Pengukuran absorbansi dilakukan dari panjang gelombang 300nm – 500nm.

Dari data besarnya absorbansi maksimum dari tiap – tiap konsentrasi, maka dapat

diketahui besarnya kecepatan putar optimum spin coating pada tiap – tiap

konsentrasi tersebut. Kecepatan putar optimum tersebut yang dipakai pada proses

penumbuhan PVA di atas elektroda Pt menggunakan metode spin coating. Dari

data ini bisa diperoleh pengaruh perubahan konsentrasi terhadap kecepatan putar

optimum spin coating.

III.8.3 Resistansi Lapisan Tipis PVA

Resistansi lapisan tipis PVA diukur dengan satuan ohm.Dari hasil

pengukuran menggunakan two Point Probe diperoleh data I-V. Dari pengukuran

tersebut akan diperoleh data Tegangan V dan arus I. Pengukuran resistansi R dan

ketidakpastiannya dihitung menggunakan metode penarikan kurva (curve fitting).

Dari data I – V dibuat grafik, dengan V pada sumbu y dan I pada sumbu x. Dari

grafik akan diperoleh persaman grafik y=mx + c ,dimana m merupakan nilai

resistansi rata – ratanya. Ketidakpastian dapat dihitung dengan metode residual,

yakni :

2

)2()).((

−+−∑

=∆n

ImcVR ii ..................................................................... (3.1)

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada penelitian ini telah dilakukan penumbuhan membran PVA diatas

elektroda Pt dengan menggunakan metode spin coating. PVA dibuat dalam

bentuk gel menggunakan pelarut air. Gel yang ditumbuhkan diatas Pt dengan

perbandingan konsentrasi 14%PVA; 20%PVA dan 33%PVA menggunakan

pelarut air dengan kecepatan optimum pada tiap – tiap konsentrasi dan waktu

dibuat tetap yaitu 1,5 menit.

IV.1 Resistansi Lapisan tipis Pt

Dari data I- V, resistansi dari lapisan tipis Pt dapat ditentukan menggunakan

persamaan (2.6). Hubungan I- V dapat dilihat pada grafik berikut ini :

I - V Pt

0

0.0001

0.0002

0.0003

0.0004

0.0005

0 0.00005 0.0001 0.00015 0.0002 0.00025 0.0003

Arus (Ampere)

Tega

ngan

( Vo

lt)

R1

R2

R3

Gambar 4.1 Grafik I-V Lapisan tipis Pt

Nilai resistansi dari R1 : ( 1.620 ± 0.315 ) Ω, R2 : ( 1.640 ± 0.295 ) Ω dan

R3 : ( 1.560 ± 0.254 ) Ω. Ketiga Pt tersebut dibuat pada Jarak deposit minimum

1,7 cm, dan celah wire cut filter minimum (1mm). Dari grafik diatas menunjukkan

bahwa Platina bersifat ohmik karena memenuhi hukum ohm, yakni mempunyai

hubungan arus tegangan yang linier. Digunakannya lapisan tipis Pt sebagai

elektroda, karena Pt merupakan material sumber yang sensitif terhadap perubahan

arus yang kecil karena sifat konduktivitasnya yang sangat baik.

IV.2 Analisa Lapisan membran PVA

Besarnya absorbansi ditentukan oleh tebal lapisan, konsentrasi ( persamaan

2.13 ) dan tingkat kerataan lapisan. Pada proses karakterisasi sifat optik ini, sinar

UV dilewatkan pada sampel sehingga frekuensi yang terserap ke dalam sampel

merupakan tingkat absorbansinya.

Semakin tebal dan rata suatu lapisan, maka absorbansinya juga semakin besar.

Besarnya koefisien absorbsi berkaitan erat dengan energi foton dan energi gap.

Semakin besar tingkat absorbsi maka energi gap semakin kecil.Tingkat absorbansi

yang tinggi ini diperlukan untuk mengeksitasi elektron sehingga akan terjadi

aliran arus dari tiap –tiap lapisan tipis yang dibuat apabila lapisan tersebut diberi

beda potensial. Parameter optimalisasi ini didasarkan pada besarnya absorbansi,

tingkat uniformitas dari lapisan PVA, morfologi lapisan PVA yang dihasilkan.

Dari hasil penelitian diperoleh bahwa besarnya kecepatan putar yang optimal

untuk tiap tiap konsentrasi nilainya berbeda-beda, yakni :

IV.2.1 Komposisi 33%PVA

33%PVA

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

300 303 306 309 311 314 317 320 323 325 328

Panjang gelombang (nm)

Abs

orba

nsi

1000 rpm

1250 rpm

1500 rpm

2500 rpm

3000 rpm

3250 rpm

3500 rpm

4000 rpm

5150 rpm

Gambar 4.2 Absorbansi – Panjang gelombang Konsentrasi 33% PVA

Bentuk gel PVA yang dihasilkan dari PVA dengan konsentrasi 33%PVA

sangat pekat, sehingga pada daerah kecepatan putar antar 1000rpm sampai

2500rpm, gel PVA yang dihasilkan masih belum merata karena terlihat ada

gumpalan – gumpalan gel. Gel terlihat rata ketika kecepatannya mulai dari

3000rpm. Pada grafik di atas dapat dilihat bahwa kecepatan putar optimalnya

berada pada kecepatan putar 4000rpm. Penentuan ini didasarkan pada nilai

absorbansi maksimalnya. Sedang pada kondisi 5150 rpm, nilai absorbansinya

terkecil.

Besarnya nilai maksimum absorbansi pada 33%PVA ini tinggi yang besarnya

3,3 pada panjang gelombang 306.8 nm, dikarenakan gel yang dihasilkan lebih

pekat dibandingkan dengan 20%PVA dan 14%PVA, hal ini sesuai dengan

persamaan (2.13). Proses pemerataan pada komposisi ini memerlukan kecepatan

putar yang lebih besar juga.

IV.2.2 Konsentrasi 20% PVA

20%PVA

0

0.4

0.8

1.2

1.6

2

2.4

300 303 305 307 310 312 315 317 319 322 324 327 329

Panjang gelombang (nm)

Abs

orba

nsi

1000 rpm

1250 rpm

1500 rpm

2500 rpm

3000 rpm

3250 rpm

3500 rpm

4000 rpm

5150 rpm

Gambar 4.3 Grafik kecepatan putar dengan besarnya absorbansi pada 20%PVA

Bentuk gel PVA yang dihasilkan dari PVA dengan konsentrasi 20%PVA lebih

encer dibanding 33%PVA, sehingga pada daerah kecepatan putar mulai 1000rpm,

gel PVA yang dihasilkan sudah mulai merata. Pada grafik di atas dapat dilihat

bahwa kecepatan putar optimalnya berada pada kecepatan putar 1500rpm.

Penentuan ini didasarkan pada nilai absorbansi maksimalnya. Sehingga kecepatan

putar optimalnya berada pada kecepatan putar 1500rpm. Sedang pada kondisi

2500 -5150 rpm,nilai absorbansinya semakin lama semakin menurun. Kondisi

tersebut menunjukkkan semakin besar kecepatan putar maka absorbansi dari

lapisan tipis semakin mengecil.

Besarnya nilai absorbansi maksimum pada komposisi 20%PVA ini lebih

kecil dibandingkan dengan 33%PVA, dimana selisihnya hampir mendekati satu

dan selisih kecepatan putar optimumnya sebesar 2500 rpm. Secara morfologi

memang tingkat kekentalan antara 20%PVA pada kondisi ini jauh lebih encer

dibanding dengan 33%PVA, sehingga kecepatan putar optimum pada 20%PVA

ini juga lebih kecil yakni hanya 1500 rpm. Besarnya absorbansi maksimum pada

komposisi ini 2,3 pada panjang gelombang 306.8 nm.

IV.2.3 Konsentrasi 14% PVA

14%PVA

0

0.3

0.6

0.9

1.2

1.5

1.8

2.1

300 303 305 307 310 312 315 317 319 322 324 327 329

panjang gelombang (nm)

abso

rban

si

1000 rpm

1250 rpm

1500 rpm

2500 rpm

3000 rpm

3250 rpm

3500 rpm

4000 rpm

5150 rpm

Gambar 4.4 Grafik kecepatan putar dengan besarnya absorbansi pada 14 %PVA

Bentuk gel PVA yang dihasilkan dari PVA dengan konsentrasi 14%PVA

ini encer, dan tidak jauh beda dengan 20%PVA sehingga pada daerah kecepatan

putar mulai 1000rpm, gel PVA yang dihasilkan sudah mulai merata. Dari grfik di

atas dapat dililihat bahwa nilai absorbansi tertinggi ketika kecepatannya 1250rpm.

Sehingga kecepatan putar optimalnya berada pada kecepatan putar 1250rpm. Pada

kondisi 2500rpm – 5150rpm, lapisan yang dihasilkan tidak merata di karenakan

banyak gel yang terlempar keluar.

Besarnya nilai absorbansi maksimum pada komposisi 14%PVA ini lebih

kecil dibandingkan dengan 20%PVA, akan tetapi nilai selisihnya kecil yang

besarnya berkisar 0,2 dan selisih kecepatan putar optimumnya hanya sebesar 250

rpm. Secara morfologi memang tingkat kekentalan antara 14%PVA dengan

20%PVA tidak terlalu jauh beda, sehingga besarnya absorbansi maksimum dan

kecepatan putar optimum pada 14%PVA dengan 20% PVA selisihnya hanya

sedikit. Besarnya absorbansi maksimum pada komposisi ini 2,1 pada panjang

gelombang 306.8 nm.

Dari data diatas diketahui bahwa besarnya kecepatan putar optimal untuk

tiap – tiap konsentrasi berbeda beda. Semakin besar konsentrasi maka kecepatan

putar optimal yang dibutuhkan juga semakin besar. Dari data absorbansi

maksimum dari tiap – tiap konsentrasi, absorbansi terbesar dimiliki oleh

konsentrasi 33%PVA, hal ini karena besarnya absorbansi sebanding dengan

besarnya konsentrasi (persamaan 2.13). Panjang gelombang pada daerah

absorbansi maksimum berada pada pnjang gelombang antara 306nm – 307nm.

Data dari grafik sesuai dengan referensi grafik absorbansi PVA pada jurnal

Masayuki Shimao dkk ( J. Microbiology,2000, 146, 649 – 657 ), sehingga diduga

lapisan tipis PVA yang terbentuk sesuai dengan harapan.

IV.3 Analisa Penumbuhan PVA diatas elektroda Platinum

Kecepatan putar optimal yang digunakan berbeda – beda bergantung dari

besarnya konsentrasi. Dari hasil penelitian diperoleh bahwa :

33%PVA, optimumnya di 4000rpm

20%PVA, optimumnya di 1500 rpm

14%tPVA, optimumnya di 1250 rpm.

Dengan memberikan beda tegangan pada lapisan Platinumnya maka akan

terjadi aliran arus pada dua lapisan tersebut sehingga arus yang melewati lapisan

membran tersebut dapat diukur dengan rangkaian two point probe yang terhubung

dengan Keithley seri 6517 A.Dari data I-V yang dihasilkan, maka nilai

resistansinya dapat dihitung dengan persamaan (2.6). Pada penelitian ini diperoleh

hubungan antara I dan V PVA yakni :

Grafik I - V

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0 20 40 60 80

Tegangan (mV)

Aru

s (m

ikro

ampe

re)

33 w t %PVA

20 w t%PVA

14 w t%PVA

Gambar 4.5 Grafik I- V PVA

Dari data I-V pada gambar ( 4.5 ) di atas menunjukkan kelinieran antara I dan V,

hal ini berarti PVA bersifat ohmmik. Resistansi PVA diukur dengan

menggunakan celah wire cut filter 1 mm. Pada konsentrasi 33%PVA, ia bersifat

paling konduktif karena memiliki nilai resistansi terkecil. Besarnya resistansi pada

33%PVA ( 1.0 ± 0.1 ) x 108, 20%PVA resistansinya ( 2.3 ± 0.2 ) x 108, 14%PVA

resistansinya ( 7.0 ± 0.2 ) x 108.

Pada proses spin coating terjadi proses evaporasi, jika konsentrasi PVA

semakin besar, maka probabilitas air yang menguap akan menurun dikarenakan

terhalang oleh molekul – molekul PVA. Hal ini akan berakibat membran yang

terbentuk semakin konduktif mengingat tingkat konduktifvitas air lebih tinggi

dibanding PVA. Hal lain yang mempengaruhi dari nilai resistansi membran PVA

adalah, pada saat proses pemutaran, pada konsentrasi PVA yang kecil (encer)

lapisan, banyak PVA yang terlempar keluar.

Dari kondisi tersebut dapat disimpulkan, semakin besar konsentrasi

%PVAnya, maka resistansinya semakin kecil. Hal sebaliknya, jika konsentrasi

%PVAnya semakin kecil, maka resistansinya juga semakin bertambah besar

sehingga kemampuan untuk mengalirkan arus juga mengecil. Hal tersebut dapat

dilihat pada grafik berikut ini :

Gambar 4.6. Grafik Konsentrasi PVA dengan Resistansi PVA

K0nsentrasi Vs Resistansi

0

1

2

3

4

5

6

0 10 20 30 40

Konsentrasi (wt%PVA)

Res

ista

nsi (

x10E

8 oh

m)

BABV

KESIMPULAN DAN SARAN

V.1 Kesimpulan

1. Dengan menggunakan celah wire cut filter minimum 1mm diperoleh :

a. R Lapisan tipis Pt: ( 1.620 ± 0.315 ) Ω, ( 1.640 ± 0.295 ) Ω, ( 1.560 ± 0.254 ) Ω.

b. Pada PVA dipeoleh :

- 33%PVA, absorbansi maksimum 3,3, resistansi ( 1.0 ± 0.1 ) x 108 ohm

- 20%PVA, absorbansi maksimum 2,3, resistansi ( 2.3 ± 0.2 ) x 108 ohm

- 14%PVA, absorbansi maksimum 2,1, resistansi ( 7.0 ± 0.2 ) x 108 ohm

2. Penumbuhan membran PVA yang baik adalah dengan konsentrasi PVA yang

besar, dimana pada penelitian ini konsentrasi terbesar pada 33% PVA dengan

kecepatan putar optimum spin coating 4000rpm, guna mendapatkan absorbansi

besar dan resistansi kecil.

V.2 Saran

Untuk pengembangan lebih lanjut dari skripsi ini dapat diajukan saran sebagai

berikut :

1. Pada proses penumbuhan PVA, perlu diketahui besar volumenya secara pasti

dengan menggunakan pipet yang ada ukuran skala volumenya, sehingga besar

volume saat diteteskan bisa sama.

2. Pada penelitian selanjutnya, perlu dikaji tentang pengaruh suhu pada

pembuatan lapisan membran dari gel PVA.

3. Perlu dilakukan pengukuran ketebalan lapisan tipis dengan menggunakan alat

ukur.

DAFTAR PUSTAKA

Anik Widijanti, 2003 : Pemeriksaan Laboratorium Penderita Diabetes Mellitus,

http://www.tempo.co.id/medika/arsip/042003/Tinjauan%20Pustaka/med,200304-55,id.html

Anonim 1, 2000 : Keterangan unsur Platinum, http://en.wikipedia.org /wiki/

platinum

Anonim 2, 2000 : Microsphere of polyvinyl alcohol, http://www.stc.uniroma2.it/ cfmacro

Anonim 3, 2005 : Spectrophotometer Absorbsi UV/Vis, http://sentrabd.com/main/ info/Insight/Spectrophotometer.htm

Anonim 4, 2000 : Spin coating process, http://www.solgel.com/ articles/Nov00/ coating.htm (20November 2000)

Anonim 5, 2000 : Toxicology and carcinogenesis Studies of PolyvinylAlcohol, http://www.pgpva.com/pvaCONT.htm

Barmawi M, 2003 : Biosensor, Proc. KPF 2 Jurnal Fisika

Chan J., 1994 : Four-point Probe Manual, http://www.4-point probe\ berkeley.eduee143 four-point_probe.html

Darling R.B Lecture Note 2000 : Physical Vapour Deposition – Evaporation : Andreas G. Andreou, http://www.engr.washington.edu/~cam/ PROCESSES/ physicalvapdeppdf.html.

David J Griffith, Introduction to Electrodynamics, 2th Eddition, Prentice Hall, Inc, New Jersey

Foster D.W, Diabetes Mellitus, In Harrison’s Principles of Internal Medicine, Eds Fauci, Braunwald, Isselbacher, et al, 14th Edition, McGraw-Hill Companies,USA,1998:623-675

Giancoli. C Douglas, 2001, Fisika, Alih Bahasaa : Yuhilza Hanum, edisi 5, Erlangga, Jakarta

Holland L.F, 1958 : Vacuum Deposition of Thin Film, John Willey & Sons, Inc, New York

K Takashi & M. Koganai, 1986, Amorphous Silicon Solar Cell, Tokyo Institu of Technology, North Oxford Academiv

M.A. Omar, 1993, Elementary solid state Physics:Principle and Application, USA : Addison – Weslay

Masayuki Shimao dkk, 2000 : J. Microbiology, 146, 649 – 657 Meyerhofer D, 1978 : Characteristic of Resist Films Produced By Spinning, J.

Apply. Physc. 49 (7) 3933 - 3997 Nunik Nuryati, 2004, Penumbuhan Lapisan Tipis Menggunakan Metode Vacuum

evaporation dan Sifat Struktur, Listrik dan Optik dari Hasil Evaporasi pellet ZnO, Skripsi S1 Fisika F MIPA Universitas Sebelas Maret

Pourciel M.L, Launay J, Sant W, Conedera V, 2003 : Development of Photo –

polymerisable Polyvinyl Alcohol for Biotechnological Application, Sensors and Actuators B 94 330 – 336.

PPI-KIM 2005, Ketidakpastian Pengukuran ( PK-06 ), Graha Widia Bakti Puspitek, Serpong, 28~29 Juni 2005.

R.B. Darling, 2000, Lecture Note : Physical Vapour Deposition-Evaporation : Andreas G. Andreou,

Solymar, L. dan Walsh, D, 1998. Electrical Properties of Materials, Oxford University Press.

Stuart, R V : Vacuum technology Thin Film, And Sputtering An Introduction, New York : Academik Press Inc

William D Callister, Materials Science and Enginering an Introduction, 6th Edition. John Willey and Sons, Inc.,Singapore

LAMPIRAN

Lampiran 1 : Perhitungan Resistansi I-V lapisan tipis Pt

1. Sampel 1

I-V sampel 1 y = 0.00162x - 0.00086

00.050.1

0.150.2

0.250.3

0.350.4

0.450.5

10 100 190 280

arus(mikroampere)

Tega

ngan

(mV)

Persamaan garis y = mx + c, 2

)2()).((

−+−∑

=∆n

ImcVR ii , =R m

Besarnya resistansi = ( 1.620 ± 0.315 ) ohm

2. Sampel 2

I-V sampel 2y = 0.00164x - 0.00096

00.05

0.10.15

0.20.25

0.30.35

0.40.45

0.5

10 100 190 280

arus(mikroampere)

tega

ngan

(mV)

Besarnya resistansi = ( 1.640 ± 0.295 ) ohm

3. Sampel 3

I-V sampel 3y = 0.00156x - 0.00095

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

10 100 190 280

arus(mikroA)

tega

ngan

(mV)

Besarnya resistansi = ( 1.56 ± 0.254 ) ohm

Lampiran 2 : Gambar grafik data print hasil absorbansi penumbuhan

membran PVA menggunakan Spektrofotometer UV Vis Shimadzu UV – 1601

PC antara 300 nm 500nm

a. 33%PVA

33% PVA

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

300

317

333

349

366

382

399

415

431

448

464

481

497

Kecepatan Putar (rpm)

Abs

orba

nsi

1000 rpm

1250 rpm

1500 rpm

2500 rpm

3000 rpm

3250 rpm

3500 rpm

4000 rpm

5150 rpm

b. 20%PVA

20% PVA

0

0.5

1

1.5

2

2.5

300

316

332

348

364

380

396

412

428

444

460

476

492

panjang gelombang (nm)

abso

rban

si

1000 rpm

1250 rpm

1500 rpm

2500 rpm

3000 rpm

3250 rpm

3500 rpm

4000 rpm

5150 rpm

c. 14% PVA

14 %PVA

0

0.5

1

1.5

2

2.530

0

320

339

358

378

397

417

436

455

475

494

Panjang gelombang (nm)

Abs

orba

nsi

1000 rpm

1250 rpm

1500 rpm

2500 rpm

3000 rpm

3250 rpm

3500 rpm

4000 rpm

5150 rpm

Lampiran 3 : Perhitungan Resistansi I-V lapisan tipis PVA

1. 33%PVA

33%PVA y = 100x + 10

0

2

4

6

8

10

12

0.01 0.02 0.03 0.05 0.07 0.08 0.11 0.12 0.15

I (mikroampere)

V (v

olt)

Persamaan garis y = mx + c, 2

)2()).((

−+−∑

=∆n

ImcVR ii , =R m

Besarnya resistansi = ( 1.0 ± 0.1 ) x 108 ohm

2. 20 %PVA

20 % PVAy = 230x + 10.556

0

5

10

15

20

25

0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09

I (mikroampere)

V (v

olt)

Besarnya resistansi = ( 2.3± 0.2 ) x 108 ohm

3. 14 %PVA

14 % pva y = 700x - 15.556

0

10

20

30

40

50

60

70

0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09

I (mikroampere)

V (v

olt)

Besarnya resistansi = ( 7.0 ± 0.2 ) x 108 ohm

Lampiran 4 : Foto alat – alat yang digunakan dalam melakukan penelitian ini.

1. Evaporator Termal tipe Ladd Research

2. UV Visible Spectrophotometer 1601 PC

3. Two point probe Keithley Type 6517A

4. Four Point Probe

5. Ultrasonic cleaner

6. Neraca Ohauss

7. Spin Coater

Lampiran 5 : Contoh foto – foto permukaan mikro sampel gel PVA dari hasil

penelitian yang diambil menggunakan USB Microscope M2.

1. Contoh foto dari sampel PVA yang menggumpal

2. Contoh foto dari sampel PVA yang baik dan rata (sesuai dengan jurnal

dari http://www.stc uniroma2.it/cfmakro/MICROSFERE1.jpg)

3. Contoh foto dari sampel PVA yang terkelupas